RU2666231C2 - Fourth-order bandpass amplifier - Google Patents

Fourth-order bandpass amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2666231C2
RU2666231C2 RU2016135136A RU2016135136A RU2666231C2 RU 2666231 C2 RU2666231 C2 RU 2666231C2 RU 2016135136 A RU2016135136 A RU 2016135136A RU 2016135136 A RU2016135136 A RU 2016135136A RU 2666231 C2 RU2666231 C2 RU 2666231C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
amplifier
filter
input
level
Prior art date
Application number
RU2016135136A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016135136A3 (en
RU2016135136A (en
Inventor
Андрей Павлович Алимов
Александр Владиславович Ананьев
Борис Филиппович Змий
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2016135136A priority Critical patent/RU2666231C2/en
Publication of RU2016135136A3 publication Critical patent/RU2016135136A3/ru
Publication of RU2016135136A publication Critical patent/RU2016135136A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2666231C2 publication Critical patent/RU2666231C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/68—Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and is intended to amplify received signals in HF band. Technical result is achieved by using a bandpass filter consisting of connecting two LC-chains from the serial connection of the elements of inductance and capacitance, which allows simultaneously to filter and raise the level of the input signal, thereby achieving the possibility of reducing the gain of the integrated amplifier, and negative feedback reduces the noise level to increase the dynamic range of the selective amplifier at the input of the radio receiving device.EFFECT: increasing the dynamic range by reducing the noise level in the high-frequency selective amplifier by increasing the level of the signal in the filter and applying feedback from the output of the amplifier to the input of the filter.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для усиления принимаемых сигналов в КВ диапазоне.The invention relates to radio engineering and is intended to amplify received signals in the HF range.

Целью изобретения является увеличение динамического диапазона входных сигналов за счет снижения уровня собственных шумов.The aim of the invention is to increase the dynamic range of the input signals by reducing the level of intrinsic noise.

Известен полосовой усилитель, содержащий широкополосный усилитель и полосовой LC-фильтр, состоящий из двух параллельных колебательных контуров с емкостной связью (фиг. 1) (см. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990, стр. 113, рис. 52).Known band amplifier containing a broadband amplifier and a band-pass LC filter, consisting of two parallel oscillatory circuits with capacitive coupling (Fig. 1) (see Polyakov VT Radio amateurs about the technique of direct conversion. - M .: Patriot, 1990, p. . 113, Fig. 52).

Недостатком такого устройства является низкий динамический диапазон, ограниченный снизу уровнем собственных шумов RLC-цепи (фильтра) и широкополосного усилителя.The disadvantage of this device is the low dynamic range, limited from below by the level of intrinsic noise of the RLC-circuit (filter) and a broadband amplifier.

Это объясняется тем, что полосовой фильтр, реализованный на связанных параллельных контурах (фиг. 1), имеет коэффициент передачи по напряжению в полосе пропускания h0=0,5 и требуемый коэффициент усиления всей цепи Н0, равный произведению коэффициента передачи LC-цепи h0 и коэффициента усиления интегрального усилителя K:This is because the band-pass filter implemented on connected parallel circuits (Fig. 1) has a voltage transfer coefficient in the passband h 0 = 0.5 and the required gain of the entire circuit H 0 equal to the product of the transmission coefficient of the LC circuit h 0 and the gain of the integrated amplifier K:

Figure 00000001
Figure 00000001

приводит к необходимости увеличения коэффициента усиления K. Увеличение коэффициента усиления K приводит к увеличению спектральной плотности шумов на выходе усилителя, что снижает динамический диапазон. Динамический диапазон, в свою очередь, имеет прямую зависимость от величины отношения максимально допустимого напряжения к уровню напряжения шума на выходе усилителя. Напряжение шума на выходе схемы вычисляется как произведение спектральной плотности шумов на величину полосы пропускания избирательной цепи, поэтому динамический диапазон избирательного усилителя (прототипа) будет низким из-за большого коэффициента усиления K.leads to the need to increase the gain K. Increasing the gain K leads to an increase in the spectral density of noise at the output of the amplifier, which reduces the dynamic range. The dynamic range, in turn, is directly dependent on the ratio of the maximum allowable voltage to the noise voltage level at the amplifier output. The noise voltage at the output of the circuit is calculated as the product of the spectral density of noise and the bandwidth of the selective circuit, so the dynamic range of the selective amplifier (prototype) will be low due to the large gain K.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение динамического диапазона за счет снижения уровня шумов в избирательном усилителе высокой частоты путем повышения коэффициента передачи фильтра h0 и применения обратной связи с выхода усилителя на вход фильтра.The technical result of the claimed device is to increase the dynamic range by reducing noise in a high-frequency selective amplifier by increasing the filter gain h 0 and applying feedback from the amplifier output to the filter input.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем интегральный усилитель, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, первую и вторую катушки индуктивности, причем первый конденсатор первым выводом соединен с общей шиной, а вторым выводом - с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со входом интегрального усилителя и с первыми выводами второй катушки индуктивности и второго резистора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, а выход интегрального усилителя является выходом устройства; первый резистор первым выводом соединен со входом устройства, а вторым выводом - с первым выводом первой катушки индуктивности, отличающийся тем, что второй вывод первой катушки индуктивности соединен с точкой соединения первого и второго конденсаторов и дополнительно введен третий резистор, который первым выводом соединен с выходом устройства, а вторым выводом - с точкой соединения первого резистора и первой катушки индуктивности.The technical result is achieved by the fact that in the known device containing an integrated amplifier, first and second resistors, first and second capacitors, first and second inductors, the first capacitor being connected to a common bus by a first terminal and a second terminal to a second terminal of a second capacitor, the second terminal of which is connected to the input of the integrated amplifier and to the first terminals of the second inductor and the second resistor, the second conclusions of which are connected to the common bus, and the output of the integrated amplifier is output device; the first resistor is connected to the input of the device by the first output and the first output of the first inductor to the second output, characterized in that the second output of the first inductor is connected to the connection point of the first and second capacitors and a third resistor is introduced, which is connected to the output of the device by the first output , and the second conclusion - with the connection point of the first resistor and the first inductor.

Сущность изобретения заключается в том, что при построении полосового фильтра в виде соединения двух LC-цепочек из последовательного соединения элементов индуктивности и емкости позволяет одновременно входной сигнал отфильтровать по частоте и увеличить его по уровню в Q раз (

Figure 00000002
- добротность контура). Увеличение уровня на выходе фильтра связано с резонансом напряжений в последовательном колебательном контуре (напряжение на реактивных элементах может в несколько раз превышать напряжения источника сигнала) (В.П. Попов Основы теории цепей: Учебник для вузов. - 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2000, стр. 181). Формируя полосовой фильтр из LC- и CL-цепочек, можно добиться определенного увеличения уровня сигнала в заданной полосе частот. Такое увеличение уровня составляет несколько единиц и зависит от требуемого коэффициента перекрытия по частоте Kƒ=ƒmax/ƒmin.The essence of the invention lies in the fact that when constructing a band-pass filter in the form of a connection of two LC circuits from a series connection of inductance and capacitance elements, it simultaneously allows the input signal to be filtered by frequency and increased by a factor of Q (
Figure 00000002
- quality factor of the circuit). The increase in the filter output level is associated with the resonance of voltages in a series oscillatory circuit (the voltage at the reactive elements can be several times higher than the voltage of the signal source) (V.P. Popov Fundamentals of Circuit Theory: Textbook for High Schools. - 3rd ed., Rev. - M.: Higher School, 2000, p. 181). By forming a band-pass filter from LC- and CL-chains, you can achieve a certain increase in the signal level in a given frequency band. This level increase is several units and depends on the required frequency overlap coefficient K ƒ = ƒ max / ƒ min .

Уровень спектральной плотности шума на выходе усилителя можно определить следующим выражением (см. Змий Б.Ф. Синтез линейных устройств обработки сигналов на активных четырехполюсниках высших порядков. Монография. - Воронеж: ВАИУ, 2008. - 325 с., ил, стр. 179):The level of spectral noise density at the output of the amplifier can be determined by the following expression (see Zmiy B.F. Synthesis of linear signal processing devices on higher-order active quadripoles. Monograph. - Voronezh: VAIU, 2008. - 325 p., Silt, p. 179) :

Figure 00000003
Figure 00000003

где GR,L,C(ƒ) - спектральная плотность шумов фильтра, h(ƒ) - коэффициент передачи фильтра, Gey(ƒ) - спектральная плотность шумов на входе усилителя, K - коэффициент усиления усилителя.where G R, L, C (ƒ) is the spectral noise density of the filter, h (ƒ) is the filter transmission coefficient, G ey (ƒ) is the spectral noise density at the amplifier input, K is the amplifier gain.

Как следует из выражения (1), при значениях

Figure 00000004
один и тот же уровень усиления на выходе устройства H0 можно получить при меньшем коэффициенте усиления усилителя K, а в соответствии с выражением (2) это приводит к снижению уровня шумов (при GR,L,C(ƒ)=Gey(ƒ) и h0=2 спектральная плотность шумов предлагаемой схемы уменьшается в четыре раза по сравнению со схемой прототипа). То есть чем больше h0, тем меньше коэффициент усиления K и тем меньше уровень спектральной плотности шума на выходе усилителя.As follows from expression (1), for values
Figure 00000004
the same gain level at the output of the device H 0 can be obtained with a lower gain of the amplifier K, and in accordance with expression (2) this leads to a decrease in the noise level (at G R, L, C (ƒ) = G ey (ƒ ) and h 0 = 2, the spectral noise density of the proposed circuit is reduced four times in comparison with the prototype circuit). That is, the greater h 0 , the lower the gain K and the lower the noise spectral density level at the amplifier output.

Дополнительно введенный резистор формирует цепь отрицательной обратной связи с выхода устройства на вход фильтра. В этом случае выходные и входные шумы вычитаются на входе фильтра, что дополнительно приводит к снижению уровня шума на выходе устройства, а следовательно, к увеличению динамического диапазона.An additionally introduced resistor forms a negative feedback circuit from the device output to the filter input. In this case, the output and input noises are subtracted at the input of the filter, which additionally leads to a decrease in the noise level at the output of the device and, consequently, to an increase in the dynamic range.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого полосового усилителя четвертого порядка, содержащего интегральный усилитель, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, первую и вторую катушки индуктивности причем, первый конденсатор первым выводом соединен с общей шиной, а вторым выводом с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со входом интегрального усилителя и с первыми выводами второй катушки индуктивности и второго резистора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, а выход интегрального усилителя является выходом устройства; первый резистор первым выводом соединен со входом устройства, а вторым выводом - с первым выводом первой катушки индуктивности, отличающийся тем, что второй вывод первой катушки индуктивности соединен с точкой соединения первого и второго конденсаторов и дополнительно введен третий резистор, который первым выводом соединен с выходом устройства, а вторым выводом - с точкой соединения первого резистора и первой катушки индуктивности.In FIG. 2 is a diagram of the proposed fourth-order strip amplifier, comprising an integrated amplifier, first and second resistors, first and second capacitors, first and second inductors, and the first capacitor is connected to the common bus by the first terminal and the second terminal to the first terminal of the second capacitor, the second terminal which is connected to the input of the integrated amplifier and to the first terminals of the second inductor and the second resistor, the second terminals of which are connected to a common bus, and the output of the integral force ator is an output device; the first resistor is connected to the input of the device by the first output and the first output of the first inductor to the second output, characterized in that the second output of the first inductor is connected to the connection point of the first and second capacitors and a third resistor is introduced, which is connected to the output of the device by the first output , and the second conclusion - with the connection point of the first resistor and the first inductor.

На фиг. 3 представлены результаты экспериментального исследования (на моделях) уровней спектральной плотности шумов в схеме прототипа (график 1) и в предлагаемой схеме с обратной связью (график 2) при одинаковых значениях Н0, которые подтверждают повышение динамического диапазона полосового усилителя четвертого порядка в несколько раз.In FIG. 3 presents the results of an experimental study (on models) of the noise spectral density levels in the prototype circuit (graph 1) and in the proposed feedback circuit (graph 2) at the same values of H 0 , which confirm the increase in the dynamic range of the fourth-order strip amplifier by several times.

Цель изобретения достигнута снижением уровня спектральной плотности шумов более чем в четыре раза по отношению к схеме прототипа за счет увеличения уровня передачи фильтра и применения обратной связи с выхода усилителя на вход фильтра.The purpose of the invention is achieved by reducing the spectral density of noise by more than four times in relation to the prototype circuit by increasing the level of transmission of the filter and applying feedback from the output of the amplifier to the input of the filter.

Claims (1)

Полосовой усилитель, содержащий интегральный усилитель, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, первую и вторую катушки индуктивности, причем первый конденсатор первым выводом соединен с общей шиной, а вторым выводом - с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со входом интегрального усилителя и с первыми выводами второй катушки индуктивности и второго резистора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, а выход интегрального усилителя является выходом устройства; первый резистор первым выводом соединен со входом устройства, а вторым выводом - с первым выводом первой катушки индуктивности, отличающийся тем, что второй вывод первой катушки индуктивности соединен с точкой соединения первого и второго конденсаторов и дополнительно введен третий резистор, который первым выводом соединен с выходом устройства, а вторым выводом - с точкой соединения первого резистора и первой катушки индуктивности.A strip amplifier containing an integrated amplifier, first and second resistors, first and second capacitors, first and second inductors, the first capacitor connected to a common bus by the first terminal and the second terminal to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the integral input an amplifier and with the first terminals of the second inductor and the second resistor, the second terminals of which are connected to a common bus, and the output of the integrated amplifier is the output of the device; the first resistor is connected to the input of the device by the first output and the first output of the first inductor to the second output, characterized in that the second output of the first inductor is connected to the connection point of the first and second capacitors and a third resistor is introduced, which is connected to the output of the device by the first output , and the second conclusion - with the connection point of the first resistor and the first inductor.
RU2016135136A 2016-08-29 2016-08-29 Fourth-order bandpass amplifier RU2666231C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135136A RU2666231C2 (en) 2016-08-29 2016-08-29 Fourth-order bandpass amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135136A RU2666231C2 (en) 2016-08-29 2016-08-29 Fourth-order bandpass amplifier

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016135136A3 RU2016135136A3 (en) 2018-03-01
RU2016135136A RU2016135136A (en) 2018-03-01
RU2666231C2 true RU2666231C2 (en) 2018-09-06

Family

ID=61597077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135136A RU2666231C2 (en) 2016-08-29 2016-08-29 Fourth-order bandpass amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666231C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2204883C1 (en) * 2001-09-25 2003-05-20 Ульяновский государственный технический университет Dc component filter
WO2008030303A2 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Skyworks Solutions, Inc. Amplifier feedback and bias configuration
WO2014011339A1 (en) * 2012-07-08 2014-01-16 R2 Semiconductor, Inc. Decoupling circuits for filtering a voltage supply of multiple power amplifiers
US8803602B2 (en) * 2012-07-06 2014-08-12 Analog Devices, Inc. Common mode bias circuit
RU2566954C1 (en) * 2014-11-25 2015-10-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Selective amplifier based on planar inductance with low q-factor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2204883C1 (en) * 2001-09-25 2003-05-20 Ульяновский государственный технический университет Dc component filter
WO2008030303A2 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Skyworks Solutions, Inc. Amplifier feedback and bias configuration
US8803602B2 (en) * 2012-07-06 2014-08-12 Analog Devices, Inc. Common mode bias circuit
WO2014011339A1 (en) * 2012-07-08 2014-01-16 R2 Semiconductor, Inc. Decoupling circuits for filtering a voltage supply of multiple power amplifiers
RU2566954C1 (en) * 2014-11-25 2015-10-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Selective amplifier based on planar inductance with low q-factor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016135136A3 (en) 2018-03-01
RU2016135136A (en) 2018-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2453985C1 (en) Highly selective band-pass tuneable lc filter
SG144781A1 (en) Amplifier and communication apparatus
RU2677362C1 (en) Active rc filter
RU170069U1 (en) TUNABLE RECTIFIED FILTER
US8368461B2 (en) Second-order low-pass filter
RU2666231C2 (en) Fourth-order bandpass amplifier
JPS6134288B2 (en)
CN106533387B (en) Differential miller band-pass filter and signal filtering method
US9124251B2 (en) Two stage source-follower based filter
CN108336998A (en) Analog-digital commutator and D conversion method
WO2018023367A1 (en) Voltage waveform shaping oscillator
Wongprommoon et al. Low-complexity Chebyshev High-pass Filter based on OTA-C
RU156095U1 (en) BAND ROTARY FILTER
US9362889B2 (en) Bandpass filter
US8120436B2 (en) System and method for implementing an oscillator
US9825600B2 (en) Class D amplifier and electronic devices including the same
RU2666226C1 (en) Rc-generator
RU2626553C1 (en) Band amplifier
Kaçar et al. On the realization of the FDNR simulators using only a single current feedback operational amplifier
RU2560785C2 (en) Dual-split piezoelectric filter
Zazerin et al. Filter realization technique based on gyrator-resonator circuit replacement
RU2520422C1 (en) Rejection lc-filter
Yin et al. Grounded-inductor employing Multi-output Current Controlled Conveyors
Domansky et al. Higher order differentiator block for synthesis of controllable frequency dependent elements
CN103618515A (en) Low pass filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180830